自动控制原理标准实验报告.docx

1、自动控制原理标准实验报告电子科技大学 自动化工程学院 标 准 实 验 报 告（实验）课程名称 自动控制原理 电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名： 陈音学 学 号：2014070902029 指导教师：实验地点：C2 507 实验时间：实验室名称： 实验项目名称：系统认识与系统测试实验学时：4实验原理： 实验原理图如下：被测试系统是指：由控制部分，电动机，反馈电位器组成的部分。在该实验中要求：1 测试输入(外部、计算机)信号与输出角度信号之间的关系（曲线）。 2 测试反馈电位器的输出电压与角度信号之间的关系（曲线）。 实验电路图实验目的：1了解开环系统的工作状态，

2、掌握闭环系统反馈极性的判别方法及其影响。2 掌握系统相关数据的测试方法。实验内容：1 测试输入(外部、计算机)信号与输出角度信号之间的关系（曲线）。 2 测试反馈电位器的输出电压与角度信号之间的关系（曲线）。实验器材：XZ-IIC型实验仪 计算机 自动控制原理实验仪 万用表实验步骤：1 将系统接为单位负反馈系统，适当选取K值(约等于3)。2 在-5V+5V范围内 间隔0.5V调整R的输出电压(用万用表监测)，读出对应的输出角度值(可用计算机读出)。3 断开系统输入，用手转动电机，在-150+150间每隔10选取一测试值用万用表监测反馈电位器的输出电压并作好记录。(用计算机监测给定角度)实验数据

3、及结果分析：实验机号20054409计算机的给定电压与系统输出角度的关系：给定电压 -3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.52.032.53输出角度 -110-90.4-77.2-53.9-39.4-2201735.555.567.890.4107.6横轴计算机的给定电压 纵轴系统输出角度系统输出角度与反馈电压间的关系：输出角度 -150-140-130-120-110-100-90-80-70-60反馈电压 -4.29-4-3.71-3.42-3.087-2.801-2.51-2.29-1.94-1.658-50-40-30-20-1001020304050-1.366-1.08

4、5-0.8-0.52-0.23300.3460.6280.9151.1961.483607080901001101201301.772.0522.3382.6282.9133.2013.824.11横轴系统输出角度 纵轴反馈电压外部输入电压与系统输出角度的关系：外部输入电压 -3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.53输出角度 -115-86-76-48-36-2001636536885107横轴外部输入电压 纵轴输出角度实验结论： 报告评分：指导教师签字：实验项目名称： 随动系统的时域特性分析实验学时：2实验原理：图21 实验系统方块图该实验主要研究系统前向增益K与系统反馈

5、增益H的变化，对系统时域指标的影响。由于本系统负载摆杆有一限位挡杆，不能连续转动，不宜做系统开环实验，故只做闭环实验。1）系统前向增益K与系统性能的关系系统输入为单位阶跃信号(refi=1v)，先固定反馈增益H为1，设置不同前向增益K=0.3，0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（前向增益K首次设置为1），观察并记录其不同的输出响应曲线。并注意观察对稳态控制精度的影响。2）系统反馈增益H与系统性能的关系系统输入为单位阶跃信号(refi=1v)，先固定前向增益K为1，设置不同反馈增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（反馈增益H首次设置为1），观察记录其输出响应

6、曲线。并注意观察稳态值及对稳态控制精度的影响。实验目的：了解系统频域分析方法。分析并掌握前向增益和反馈增益对系统稳定性的影响，并观察对稳态控制 精度的影响。实验内容：1 设置不同前向增益K=0.3，0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（前向增益K首次设置为1），观察并记录其不同的输出响应曲线2 设置不同反馈增益H=0.5, 1, 1.5 , 2 , 2.5 , 3（反馈增益H首次设置为1），观察记录其输出响应曲线。实验器材（设备、元器件）：XZ-IIC型实验仪 计算机 (或自动控制原理实验仪、示波器、万用表)实验步骤：1. 首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2. 接着

7、点击菜单项“文件（F）”“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESP Setting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；3. 然后点击菜单项“实验（E）”“2：随动系统的稳定性分析”，随之出现的“随动系统的稳定性分析”参数设置对话框（如图22）中有三个参数可供选择：参考输入REFI、前向增益K和反馈增益H，设置好参数后点击“OK”按扭；实验数据及结果分析：实验机号20054409k=0.3 h=1 稳态值：44.5 ，46.9 ，47.9k=0.5 h=1 稳态值：35.8 ，35.7 ，35.8k=1 h=1 稳态值：34.1，34.4，34.8k=1.5 h=1

8、稳态值：35.1 ，35.0 ，35.0k=2 h=1 k=3 h=1 h=0.5 k=1 稳态值：77.2 ，75.9 ，75.2h=1.5 k=1 稳态值：24.3 ，24.2 ，24.0 h=2 k=1 稳态值：18.2 ，17.5 ，16.8h=2.5 k=1 稳态值：14.9 ，14.2 ，14.8h=3 k=1实验结论：1 报告评分：指导教师签字： 实验项目名称：随动系统的频率特性测试及分析实验学时：4实验原理：系统原理图如下，图25 实验原理简图固定反馈增益H为1，由先验知识可以知道，此随动系统具有低通特性，且频带较窄。实验时：输入信号采用正弦信号，频率从0.1Hz到6.0Hz（

9、不同的电机可能会有较小的差异）开始时每隔0.1Hz变化，2.0HZ后间隔可增大，选择适当的输入信号的幅值，只要计算输出与输入信号的幅值之比即可。记录输入、输出信号幅值比及相应的频率，从而分析其幅频特性。实验目的：1了解系统频域分析方法；了解系统频域指标与时域指标的关系。2掌握系统频率特性的测试方法,进一步理解频率特性的物理意义；3根据闭环幅频特性求出被测系统相应的开环传递函数。实验内容：1记录在不同频率下系统的输入，输出数据。2作出闭环系统的幅频特图，并分析求得其相应的传递函数(等效为二阶系统)。3实验时应如何选择实验频率及频率间隔?实验器材（设备、元器件）：XZ-IIC型实验仪 计算机(或自

10、动控制原理实验仪、示波器、信号发生器)。实验步骤：1 首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2 接着点击菜单项“文件（F）”“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESP Setting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；3 然后点击菜单项“实验（E）”“4：随动系统的频率特性及分析”，随之出现的“随动系统的频率特性及分析”参数设置对话框（如图26）中有两个参数可供选择：正弦输入信号的幅值A和角频率w，选择好参数后点击“OK”按扭；图26 随动系统的频率特性及分析参数设置4 点击菜单项“文件（F）”“开始（K）”或者第一个快捷键，开始实验；5 如需进行多次实验重

11、复上述(3)、(4)步骤即可。实验数据及结果分析：实验机号20054409输入电压=0.5sin(t) 与 输出角度间的关系：角频率 0.10.20.30.40.50.60.70.80.918 171618151616.517.516 15 161715181716.515.517输出角度平均值 16.516.516.516.516.516.516.516.516.5频率 0.6281.2561.8842.5123.143.7684.3965.0245.65211.522.533.53.63.73.81815202532283030351515152018252528.53016.51517.

12、522.52526.527.529.2532.56.289.4212.5615.718.8421.9822.60823.23623.8643.83.944.14.24.34.44.54.63537405060110140130115303235425810014012511032.534.537.54659105140127.5112.523.86424.49225.1225.74826.37627.00427.63228.2628.8884.74.84.955.567810080756550352015957565604025151097.577.57062.5453017.512.529.

13、51630.14430.77231.434.5437.6843.9650.24曲线图如下： 由实验数据并结合实验二的结果可得： Amax=4; A(0)0.5; n8根据公式 Mr=Amax/A(0); = 可求得=0.0707所求二阶系统为 G(s)=其对应的开环益传递函数为 报告评分：指导教师签字：实验项目名称：随动系统的PID校正实验学时：2实验原理：图27 实验系统结构简图该实验主要观察PID校正网络各参数变化，对系统时域指标的影响，了解其作用规律。 所加校正网络为：T1为微分环节时间常数 T2为一阶积分环节时间常数观察校正网络参数变化对系统性能的影响。实验中参数选取如下：k=1 ；T

14、2=0.0167 分别取T1=0.01，0.05，0.1，1k=1 ；T1=0.1 分别取T2=0.001，0.01，0.167，1.67记录系统的输出曲线、超调量、调节时间Ts。实验目的：1了解线性系统最常用的校正方法。2了解PID校正网络参数变化对系统的影响。3掌握校正的概念，了解其PID校正对系统时域指标的作用规律。实验内容：1记录系统不同结构参数校正下对应的输出响应曲线；2分析不同的校正参数对系统各项性能指标的影响；实验器材（设备、元器件）：XZ-IIC型实验仪 计算机(或自动控制原理实验仪、示波器、万用表)实验步骤：1. 首先打开DSP.EXE文件，得到PC操作界面；2. 接着点击菜

15、单项“文件（F）”“设置（S）”,或者第二个快捷键得到设置对话框“ESP Setting”,选择其运行模式为“控制模式”，点击“OK”按扭；3. 然后点击菜单项“实验（E）”“5：随动系统的校正”，随之出现的“随动系统的校正”参数设置对话框（如图28）中有四个参数可供选择：参考输入REFI和前向增益K，及两个校正环节参数T1和T2，设置好参数数值后点击“OK”按扭；图28 随动系统的校正参数设置对话框4. 点击菜单项“文件（F）”“开始（K）”或者第一个快捷键，从而开始实验；5. 如需进行多次实验,重复上述(3)、(4)步骤即可。实验数据及结果分析：实验机号20054409 实验数据如下：k=

16、1 t1=0.01 t2=0.0167 超调量=83% 调节时间=6sk=1 t1=0.05 t2=0.0167 超调量=15% 调节时间=2.2sk=1 t1=0.1 t2=0.0167 超调量=0% 调节时间=1sk=1 t1=1 t2=0.0167 超调量=0% 调节时间=21sk=1 t1=0.1 t2=0.001 超调量= 0% 调节时间=17sk=1 t1=0.1 t2=0.01 超调量=0% 调节时间=1.8sk=1 t1=0.1 t2=0.05 超调量=30% 调节时间=2.3sk=1 t1=0.1 t2=0.167 超调量=86% 调节时间=8sk=1 t1=0.1 t2=1.67 超调量= 调节时间=实验结论：报告评分：指导教师签字：